i
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên sinh viên: Phan Văn Hiếu Lớp: 50CKCT1
Ngành: Công nghệ Chế tạo máy Khoa: Cơ khí
Tên Đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ nhám bề mặt
của máy gia công tia lửa điện”
Số trang: 75 Số chương: 06 Số tài liệu kham khảo: 06
Hiện vật: 02 quyển đồ án; 01CD
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Kết luận: ĐIỂM CHUNG
Bằng chữ Bằng số Nha Trang, ngày … tháng … năm 2012
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)
Bằng chữ Bằng số
Nha Trang, ngày … tháng … năm 2012
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)
Nha Trang, ngày … tháng … năm 2012
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG
(Ký và ghi rõ họ tên)
iii
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên tôi xin được cảm ơn Thầy giáo TS. Đặng Xuân Phương – Thầy
đã hướng dẫn tôi về sự định hướng đề tài, cách tiếp cận và nghiên cứu đề tài, cách
khai thác sử dụng tài liệu tham khảo cũng như sự chỉ bảo trong quá trình tôi làm đề tài.
Tôi muốn bày tỏ lời cảm ơn các thầy giáo công tác tại Phòng thí nghiệm thực
hành CNC, Phòng thực hành kỹ thuật đo - Trường Đại học Nha Trang đã tạo điều
kiện và tận tình giúp đỡ, hướng dẫn sử dụng các trang thiết bị thí nghiệm trong quá
trình tôi làm đề tài.
Cuối cùng tôi muốn bày tỏ lòng cảm ơn đối với gia đình, các thầy giáo, cô
giáo, bạn bè đã ủng hộ, động viên giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên
cứu và làm đề tài này.
Sinh viên thực hiện
Phan Văn Hiếu
iv
1.7.2. Nhiễu ngẫu nhiên. 21
1.8. Chất điện môi trong gia công tia lửa điện. 21
1.8.1. Nhiệm vụ của chất điện môi. 21
1.8.1.1. Cách điện 21
1.8.1.2. Ion hóa. 22
1.8.1.3. Làm nguội. 22
1.8.1.4. Vận chuyển phoi 22
1.8.2. Các loại chất điện môi. 23
1.8.3. Các tiêu chuẩn đánh giá chất điện môi. 23
1.8.4. Các loại dòng chảy của chất điện môi. 25
1.8.5. Hệ thống lọc chất điện môi. 29
CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG BỀ MẶT
GIA CÔNG EDM 31
2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình gia công tia lửa điện. 31
2.1.1. Các đặc tính về điện của sự phóng tia lửa điện . 31
2.1.2. Dòng điện và bước của dòng điện. 35
2.1.3. Ảnh hưởng của khe hở phóng điện δ . 36
2.1.4. Ảnh hưởng của điện dung C. 38
2.1.5. Ảnh hưởng của diện tích vùng gia công. 39
2.1.6. Ảnh hưởng của sự ăn mòn điện cực. 39
2.2. Chất lượng bề mặt. 40
2.2.1. Độ nhám bề mặt. 40
2.2.2. Vết nứt tế vi và các ảnh hưởng về nhiệt. 40
2.3. Nhám bề mặt khi gia công tia lửa điện. 42
CHƯƠNG 3: QUY HOẠCH THỰC NGHIỆM 44
3.1. Cơ sở lý thuyết quy hoạch thực nghiệm. 44
3.1.1. Những khái niệm cơ bản của quy hoạch thực nghiệm. 44
3.1.1.1. Định nghĩa quy hoạch thực nghiệm 44
vi
3.1.1.2. Đối tượng của quy hoạch thực nghiệm trong các ngành công nghệ 44
nhám. 65
5.3. Ảnh hưởng của các tham số đối với độ nhám bề mặt trong quá trình gia
công tia lửa điện. 70
CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN CHUNG 74
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC
viii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
Bảng 3.1 Bảng các thông số cho thực nghiệm. 54
Bảng 4.1 Thông số kỹ thuật của máy TopEDM CNC430/X-600. 56
Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật của máy đo độ nhám SJ-301. 58
Bảng 5.1 Các thông số. 61
Bảng 5.2 Kết quả thí nghiệm 62
Bảng 5.3 Hệ số của đa thức. 67
ix
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Sơ đồ gia công xung định hình. 4
Hình 1.2 Sơ đồ gia công cắt bằng dây. 5
Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện. 7
Hình 1.4 Bước 1. 7
Hình 1.5 Bước 2. 8
Hình 1.6 Bước 3. 9
Hình 1.7 Bước 4. 9
Hình 1.8 Bước 5. 10
d
+ t
e
). 34
Hình 2.4 Ảnh hưởng của t
i
và t
0
đến năng suất gia công. 35
x
Hình 2.5 Ảnh hưởng của khe hở phóng điện δ. 36
Hình 2.6 Quan hệ giữa η và a
p
38
Hình 2.7 Ảnh hưởng của điện dung C. 38
Hình 2.8 Ảnh hưởng của diện tích vùng gia công F. 39
Hình 2.9 Vùng ảnh hưởng nhiệt của bề mặt phôi. 41
Hình 2.10 Nhám bề mặt khi gia công tia lửa điện. 42
Hình 3.1 Sơ đồ đối tượng nghiên cứu. 44
Hình 3.2 Sơ đồ đối tượng nghiên cứu với nhiễu e có tính cộng. 45
Hình 3.3 Mô hình quá trình gia công tia lửa điện. 52
Hình 4.1 Điện cực đồng thau. 55
Hình 4.2 Sơ đồ nguyên lý của máy gia công tia lửa điện điện cực định hình. 57
Hình 4.3 Máy TopEDM CNC430/X-600. 57
Hình 4.4 Máy đo độ nhám SJ-301. 58
Hình 4.5. Thông tin hiển thị được in trên giấy. 59
Hình 4.6 Thông tin hiển thị trên màn hình LCD. 60
Hình 5.1 Nhập dữ liệu đầu vào và đầu ra. 66
Hình 5.2 Chọn dạng mô hình là mô hình phi tuyến bậc hai. 66
Hình 5.3 Kết quả mô hình. 68
Vấn đề đặt ra là làm thế nào để nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng loại
máy này?
Đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ nhám bề mặt
của máy gia công tia lửa điện” được lựa chọn để nghiên cứu nhằm mục đích xác
định chế độ công nghệ hợp lý trên máy gia công tia lửa điện xung định hình là một
việc cần thiết, góp phần vào việc nâng cao hiệu quả khai thác, sử dụng máy EDM
trong sản xuất cơ khí nói riêng và là cơ sở để nghiên cứu cho các máy khác và các
vật liệu khác nhau.
Đề tài được trình bày với các nội dung chính sau:
Chương 1: Tổng quan về gia công tia lửa điện.
2
Chương 2: Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bề mặt gia công EDM.
Chương 3: Quy hoạch thực nghiệm.
Chương 4: Thí nghiệm.
Chương 5: Xác định quy luật ảnh hưởng của chế độ gia công đến độ
nhám bề mặt.
Chương 6: Kết luận chung.
Do trình độ của bản thân và thời gian còn hạn chế nên đề tài không tránh
khỏi thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý tận tình của các thầy để đề tài được
hoàn thiện hơn .
Nha Trang, ngày 18 tháng 6 năm 2012
Phan Văn Hiếu
3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIA CÔNG TIA LỬA ĐIỆN
Gia công tia lửa điện được phát triển vào năm 1943 ở Liên Xô bởi hai vợ
chồng người Nga tại trường đại học Moscow là Giáo sư, Tiến sĩ Boris Lazarenko và
định hình và phương pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện EDM.
1.2.1. Phương pháp gia công xung định hình.
Đây là phương pháp dùng các điện cực đã được tạo hình sẵn để in hình (âm
bản) của nó lên bề mặt phôi. Phương pháp này được dùng để chế tạo khuôn có hình
dạng phức tạp, các khuôn ép định hình, khuôn ép nhựa, khuôn đúc áp lực, lỗ không
thông
Hình 1.1 Sơ đồ gia công xung định hình.
1.2.2. Phương pháp gia công cắt dây bằng tia lửa điện.
Là phương pháp dùng 1 dây dẫn điện có đường kính nhỏ (0,1 – 0,3mm) cuốn
liên tục và chạy theo 1 biên dạng định trước để tạo thành 1 vết cắt trên phôi.
Phương pháp này thường dùng để gia công các lỗ suốt có biên dạng phức tạp như
các lỗ trên khuôn dập, khuôn ép, khuôn đúc áp lực, chế tạo các điện cực dùng cho
gia công xung định hình, gia công các rãnh hẹp, gấp khúc, các dưỡng kiểm,
5
Hình 1.2 Sơ đồ gia công cắt bằng dây.
1.2.3. Các phương pháp khác.
Ngoài 2 phương pháp gia công chủ yếu trên, ngày nay trên thế giới còn có
một số phương pháp gia công sử dụng nguyên lý gia công bằng tia lửa điện như sau:
- Gia công tia lửa điện dạng phay (Milling EDM): là phương pháp sử dụng
một điện cực chuẩn, hình trụ quay để thực hiện ăn mòn tia lửa điện theo kiểu phay.
Sử dụng phương pháp này để gia công các hình dáng phức tạp do không phải chế
tạo điện cực phức tạp (để xung) mà sử dụng điện cực chuẩn sau đó điều khiển cho
điện cực cắt theo chương trình.
- Phủ bằng tia lửa điện (EDD): là phương pháp sử dụng hiệu quả của sự ăn
mòn tia lửa điện để phủ lên các bánh mài sau thời gian sử dụng nghiền cơ khí các
vật liệu rắn. Trong quá trình này, bánh mài phải có tính dẫn điện. Bánh mài kim
cương liên kết kim loại thường được làm theo phương pháp này. Điện áp xung được
đặt vào giữa điện cực và bánh mài, trong quá trình mài, tia lửa điện sinh ra sẽ bóc
7
1.3. Cơ chế của phương pháp gia công tia lửa điện.
1.3.1. Bản chất vật lý.
Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý gia công tia lửa điện.
Thực chất của phương pháp gia công tia lửa điện là sự tách vật liệu ra khỏi
bề mặt phôi nhờ tia lửa điện. Sơ đồ nguyên lý của phương pháp gia công bằng tia
lửa điện được mô tả như hình 1.3.
Quá trình gia công tia lửa điện có thể chia làm 9 bước và mối quan hệ giữa
hiệu điện thế và cường độ dòng điện được thể hiện như sau:
Bước 1:
Hình 1.4 Bước 1.
8
Hai điện cực được tiến lại gần nhau. Giữ điện cực và bề mặt chi tiết là một
lớp dầu cách điện (dung dịch điện môi). Mặc dù dung dịch điện môi này có tính
cách điện rất tốt, nhưng với một hiệu điện thế đủ lớn có thể làm cho dung dịch bị
phá vỡ để chuyển thành những hạt ion, cho phép dòng điện đi qua từ điện cực dụng
cụ đến bề mặt chi tiết. Sự hiện diện của những phần tử kim loại và graphit lơ lửng
trong dung dịch có thể giúp cho dòng điện truyền đi trong dung dịch bằng hai cách:
những phần tử dẫn điện giúp ion hóa chất điện môi và có thể truyền điện trực tiếp
và những phần tử dẫn điện có thể xúc tác đánh thủng điện.
Do bề mặt của hai điện cực không hoàn toàn bằng phẳng, vùng điện trường
mạnh nhất ở hai điểm gần nhau nhất. Trong bước này hiệu điện thế tăng còn cường
độ dòng điện bằng 0.
Bước 2:
Khi số lượng hạt ion tăng, tính chất cách điện của dung dịch điện môi bắt
đầu giảm dọc theo một kênh hẹp chính giữa trong vùng điện trường mạnh nhất bắt
đầu giảm mạnh. Điện áp tăng tối đa nhưng cường độ dòng điện vẫn bằng 0.
Hình 1.9 Bước 6.
Bước 7:
Lúc bắt đầu thời điểm phóng điện, dòng điện và điện áp giảm xuống tới
không. Nhiệt đọ giảm xuống rất nhanh, bọt hơi nước vỡ tan và phần kim loại nóng
chảy hóa hơi bị bật ra khỏi chi tiết gia công.
Hình 1.10 Bước 7.
Bước 8:
Dung môi mới được đưa vào bằng tia và mang đi những mảnh vụn trên bề
mặt chi tiết, đồng thời dung môi cũng tôi bề mặt chi tiết, mang đi những mảnh kim
loại hóa hơi bị đông đặc. Phần kim loại nóng chảy không bị bong tách đông cứng lại
hình thành một lớp như lớp kết tinh lại (recast layer).
12
Hình 1.11 Bước 8.
Bước 9:
Những phần kim loại bị bóc ra đông đặc lại thành những hạt hình cầu nhỏ
được dung dịch điện môi mang đi với một ít carbon của điện cực. Những hơi nước
còn lại nổi lên mặt. Các mảnh vụn có thể tập hợp tạo nên sự phóng điện không
mong muốn. Trong trường hợp này có thể tạo nên hồ quang một chiều có thể gây
hại đến bề mặt chi tiết và điện cực.
Hình 1.12 Bước 9.
13
Chu kỳ phóng tia lửa điện để lại các “vết” bóc tách vật liệu có thể tóm tắt
thôngqua các đại lượng điện sau:
- Thời gian trễ t
d
: là khoảng thời gian giữa lúc đóng điện máy phát đến lúc
. U
e
và I
e
là các giá trị trung bình của điện
áp và dòng điện khi phóng tia lửa điện.
14
Hình 1.13 Đồ thị điện áp và dòng điện trong một xung phóng điện.
Trong đó:
t
e
: Thời gian kéo dài xung hay còn gọi là độ kéo dài xung.
t
d
: Thời gian trễ đánh lửa.
t
i
: Độ kéo dài xung của máy phát xung.
t
0
: Khoảng cách xung.
t
p
: Chu kỳ xung.
U
i
: Điện áp máy phát mở.
U
ra sự chênh lệch làm vỡ các kênh plasma và các túi khí. Các lực này và áp lực tạo
nên bởi sự phá huỷ nội lực của các kênh plasma làm bung các phần tử kim loại đã bị
nóng chảy ra khỏi bề mặt. Lượng vật liệu bị hớt đi trên bề mặt của các điện cực phụ
thuộc vào quá trình chuyển đổi năng lượng nhiệt và cơ thẩm nhiệt.
1.3.2. Cơ chế bóc tách vật liệu.
Trước hết, muốn tách vật liệu ra khỏi phôi thì phải có năng lượng tách vật
liệu W
e
[theo 1, Tr. 14].
We = U
e
.I
e
.t
e
(1.1)
Trong đó U
e
và I
e
là điện áp và dòng điện trung bình của tia lửa điện, t
e
là
Copyright: Tài liệu đại học ©